Пневмоударники успешно применяются при бурении разведочных скважин с поверхности, при бурении из подземных выработок, при проходке взрывных и другого назначения скважин в породах VII-XII категорий по буримости. Наиболее целесообразно использование пневмоударников для бурения твердых необводненных пород, толщ многолетней мерзлоты, в высокогорных и пустынных районах, а также в условиях поглощения промывочной жидкости. Пневмоударники могут применяться с различными буровыми установками колонкового бурения, например, МБУ-1, УРБ-2А-2 и др.
Для бурения геологоразведочных скважин в настоящее время используются пневмоударники типа ПН диаметром 76, 93, 112 и 132 мм, коронки твердосплавные, одинарные колонковые трубы - ТП, двойные колонковые трубы ТДП. Для бурения без отбора керна применяются долота ДП.
Для смягчения ударных импульсов, доходящих при небольших глубинах скважины до бурового станка, над пневмоударником устанавливается упругая муфта. Конструкции пневмоударников обеспечивают использование сжатого воздуха в широком диапазоне давлений (от 0,6 до 2,5 МПа); максимальную ударную мощность для каждого диапазона применяемого давления воздуха; возможность бурения более глубоких и обводнённых скважин; возможность бурения с низкой частотой (1000-1200 мин-1) и высокой энергией удара (для твёрдых пород) или высокой частотой (1800-2000 мин-1) и сниженной энергией удара (для пород средней твёрдости и трещиноватых).
Основная часть энергии сжатого воздуха погружных пневмоударников расходуется на привод ударного механизма. Оставшаяся часть идёт на продувку забоя скважины для выноса выбуренной породы на поверхность.
В процессе бурения нередко крупные частицы шлама не выносятся на поверхность. Для их улавливания рекомендуется включать в буровой снаряд шламовую трубу.
При пневмоударном бурении основными параметрами технологического режима бурения являются: осевая нагрузка, частота вращения бурового снаряда, частота ударов пневмоударника, которая определяется как функция давления подаваемого в скважину сжатого воздуха и его расхода в единицу времени.
Величина давления воздуха в процессе бурения должна сохраняться постоянной или изменяться незначительно. Резкое повышение давления в нагнетательной линии с одновременным прекращением выноса пыли говорит о нарушении циркуляции воздуха. Это может быть вызвано полным заполнением керном колонковой трубы, образованием ледяных пробок в бурильных трубах либо шламового сальника в стволе скважины. В этом случае необходимо вместе с воздухом подавать в скважину 0,5-2% раствор поверхностно-активных веществ (ПАВ) в количестве 2-5 литров в минуту, либо прекращать бурение и принимать другие меры по восстановлению циркуляции воздушного потока. Расход воздуха определяет степень очистки забоя и скважины в целом от шлама и интенсивность охлаждения породоразрушающего инструмента.
Минимальная скорость восходящей воздушной струи, обеспечивающей эффективную очистку скважины, составляет 15-25 м/с, при размере выбуренных частиц породы до 8 мм необходимая скорость потока возрастает в два раза. В таблице 16 приведены значения основных параметров пневмоударного бурения.
Таблица 16. Режимы пневмоударного бурения
|
Свойства породы |
Режимы бурения | |||||
|
Осевая |
Частота вращения (об/мин) | |||||
|
Твёрдость |
Абразивность |
Трещиноватость |
1250 |
1500 |
1750 | |
|
Твердые (IX-XI категории
|
Абразивные Абразивные Средней абразивности |
Монолитные То же » » |
1-1,5 1,5-2 4-5 8-10 |
10 20 15-20 35-40 |
10 25 20 40-50 |
12-15 30 20 35 80-90 |
В мягких породах часто происходит зашламовывание каналов породоразрушающего инструмента, в связи с чем необходимо осевую нагрузку снижать до минимально возможной.
Частота вращения снаряда зависит от физико-механических свойств буримых пород и частоты ударов пневмоударника. Путь пробега резца коронки по забою скважины между ударами в твёрдых абразивных породах должен составлять менее 2 мм, в породах средней твёрдости и абразивности 7,5-8 мм, а в малоабразивных средней твёрдости -12-13 мм. При возрастании степени трещиноватости пород частоту вращения необходимо увеличивать в 1,5-1,7 раза.
